發布日期：2016-09-30

生物醫用材料是指一類區別于傳統材料、人體必需又安全無害的具有特殊性能的材料。醫用材料在人體植入體和組織修復等方面具有廣泛的應用。近期出臺的的《“十三五”科技創新規劃》第五章“構建具有國際競爭力的現代產業技術體系”中明確指出要大力發展新材料技術和先進高效生物技術。

“組織替代、功能修復、智能調控”為方向

在生物醫用材料方向，指出以組織替代、功能修復、智能調控為方向，加快3D生物打印、材料表面生物功能化及改性、新一代生物材料檢驗評價方法等關鍵技術突破，重點布局可組織誘導生物醫用材料、組織工程產品、新一代植介入醫療器械、人工器官等重大戰略性產品，提升醫用級基礎原材料的標準，構建新一代生物醫用材料產品創新鏈，提升生物醫用材料產業競爭力。從規劃內容不難看出，本次規劃的重點主要集中在植介入器械、組織修復材料和前沿新技術三個大方向。

在國家科技政策和計劃資助下，我國生物醫用材料已取得了長足進步，生物醫用材料目前在醫學領域的應用和研究熱點主要集中在骨科仿骨植入體（包括創傷類產品、脊柱類產品、人工關節產品、運動醫學類產品、神經外科產品等）、植入和介入器械（包括人工心臟、心臟瓣膜、起搏器、封堵器、支架、介入導管和導絲、人工血管等）、金屬和陶瓷等高分子材料（包括種植牙、義齒、3D打印、口腔修復等）、組織工程和再生醫學（包括器官移植、人工器官、雜化人工器官和組織重建等）、高新技術和矯形領域。

骨科植入物現狀和發展趨勢

骨科植入物是骨肌系統治療的方式之一，植入物的主要功能是全部或者部分替代人體關節、骨骼或肌肉骨骼系統。骨科植入市場中最常用到的三個產品類別為：關節植入物、脊柱植入物、創傷植入物，其2016年全球市場占比可參考下圖

在全球市場中，關節植入物的占比最大，骨科植入物企業相對較集中且經常出現企業并購現象。根據Frost&Sullivan調查數據，中國的骨科植入物市場規模在2015年達到166億元，預計到2017年將達到218億元。根據東興證券研究所調研數據來看，相比國際市場，該行業整體滲透率低于歐美國家。相比國際品牌，國產品牌在創傷類植入物中的占比相對大，而在關節和脊柱植入物中國產品牌占比低于國際品牌，因此國產品牌在關節和脊柱植入物領域有一定的提升空間。縱觀我國骨科植入物產業現狀，除了國家的政策支持和市場監管措施逐步進行改革之外，產品技術創新和品牌認知度是產業發展的壁壘。

近年來，隨著科學技術的快速發展和人才的引進，骨科植入物領域技術也有了一些新的突破。其中3D打印植入物技術領先國際，由北醫三院骨科劉忠軍教授牽頭，利用3D打印技術，圍繞骨科脊柱腫瘤、嚴重髖關節疾病等臨床疑難疾病，提出新型設計思路和手術治療方案，研制出了生產脊柱和關節個性化、規模化的植入物，已取得了突破性進展（圖） 。劉教授項目組3D打印髖關節假體和椎體假體已通過我國CFDA審評，獲得注冊。這也是我國目前唯一兩個經過臨床驗證注冊成功的3D打印植入式骨科醫療器械，其中椎體假體是世界首個獲得注冊可規模化生產使用的3D打印椎體產品，這標志著我國在3D打印植入物研制方面進入到產業化階段。

在產業分布上，由于關節和脊柱類骨科植入物技術壁壘較高，所以外資品牌占較大優勢。但是隨著醫保政策的傾斜和國產品牌技術的累積，本土企業也已具備的相當的競爭力，目前國內大多地區醫保政策對國產醫療器械和進口醫療器械的報銷比例約為7:3，所以進口替代效應會逐漸顯現。這是一個非常好的“彎道超車”的機會，是否能夠成功“超車”，還要取決于國內品牌的產品技術的創新和質量的提升情況。

在國際上排名前五的骨科產品制造商強生、史賽克、捷邁、Biomet和美敦力近些年來靠不斷兼并或收購中小型創新企業來擴大市場份額。國內相關企業也在借助資本手段來提高其技術創新和產品生產力。其中國內競爭實力較強的企業主要有威高骨科、微創醫療、凱泰利、春立醫療器械、創生醫療和康輝等。

隨著我國人口老齡化趨勢逐年上漲，使得骨質疏松及關節炎等骨科病癥逐漸增加，市場對骨科植入物的需求也日益上漲。自醫療保障加入醫療器械之后，更多的人愿意打破常規治療，逐漸開始接受人工植入體治療。綜上所述，要想獲取更大的市場份額，我國骨科植入體企業應當大力發展創新技術，研制出具有較高生物相容性、質量更優更耐損且更實用的產品，并注重引進人才和研發隊伍。

心血管植入、介入器械

除了人體植入骨之外，植入和介入器械在心血管領域的應用也是非常大的。應用比較廣泛的產品有冠狀動脈植入醫療器械（包括支架、導管和導絲等）、先天性心臟病植入醫療器械（包括封堵器、心臟起搏器、心臟瓣膜等）、腦血管植入醫療器械（頸動脈支架、椎動脈支架、顱內血管支架、覆膜支架、球囊擴張導管、微導管、微導絲、遠端保護器械等）、外周血管介入器械（動脈支架、主動脈瘤覆膜支架、股靜脈支架等）。

根據我國冠心病政策模型預測，2010年至2030年僅考慮人口老齡化和人口增加的因素，我國35歲至84歲人群中心血管病事件數增加將大于50%；如果考慮血壓、總膽固醇、糖尿病、吸煙的因素，心血管病事件將額外增加23%。在我國城鄉居民主要疾病死亡構成中，心血管病占據首位。

圖. 1970年-2050年我國人口年齡金字塔預測圖

目前，心血管疾病的治療方法主要有心臟搭橋手術、藥物治療和經皮冠狀動脈介入治療（PCI），這幾種治療方法相比較來說，PCI具有創傷小、并發癥少、恢復快等優點，且手術成功率高、死亡率低。PCI手術在過去30年內主要經歷了三個階段：單純球囊擴張時代、金屬裸支架時代和藥物支架時代。近幾年，由于PCI手術持續保持兩位數的高增長率，市場對心血管植入、介入器械的需求量也在不斷增大。

從總體來看，我國的心血管植入器械本土企業與歐美外資企業實力懸殊很大，市場也大都掌握在外資企業手中。2004年以來，自微創醫療成為國內第一家具有藥物洗脫冠脈支架系統生產能力的企業之后，隨著國內心血管介入醫療器械進口替代步伐的逐步加快，我國藥物洗脫冠脈支架系統的市場占有率在逐漸提高。目前，國內藥物洗脫支架系統市場份額主要由國內的微創醫療、樂普醫療和吉威醫療等企業和國外的強生、Boston Scientific、美敦力等企業占有，其中微創、樂普和吉威醫療占據了70%的市場份額。

生物可吸收支架是近年來全球研究的熱點，被認為是冠脈介入治療史上的第四次革命。近年來關于可吸收支架比較有影響力的事件要提到2013年葛均波院士的可降解支架，葛均波院士帶領中山醫院心內科團隊率先完成了首例自主研發的完全可降解聚乳酸支架Xinsorb的植入手術，截止目前，共計1230例受試者已完成入組，全國38個臨床中心參與了該項臨床試驗。除此之外，四川大學生物材料工程中心王云兵博士研發團隊為美國雅培公司研發的全降解心血管支架Absorb GT1在今年的7月5日正式通過美國FDA批準，在美國上市，這是全世界首個能完全被人體吸收的心血管支架。生物可降解支架能夠在體內完全降解，患者無需終身服藥，該技術被劃為人類冠狀動脈介入史上的第四次里程碑事件。

與此同時，國家食藥監局醫療器械審評中心相關負責人也曾透露，我國醫療器械審批方式正在推進改革中，具備顯著臨床應用價值的創新型醫療器械審批有望獲得有限注冊、優先技術審評、優先行政審評等扶持政策。“十三五”也明確指出重點發展人體植入器械和前沿技術，因此，國內企業應當大力發展創新技術，尋找的突破口。2016年12月15日由上海生物谷舉辦的“2016植入修復技術與醫用新材料產業峰會”聚焦植入體研發新技術和新進展，將邀請相關團隊負責人前來進行演講，這次會議有心血管植入體版塊，相信在會議上能夠學習到很多前沿新技術和有潛力的新項目。

醫用新材料前沿新技術

醫用新材料首次應用在人體組織修復上藥追溯到公元前5000年，人類首次使用黃金修復失牙，中國和埃及在公元前2500年開始使用假牙、假手等人工假體。在近代，最先應用于臨床實踐的金屬材料是金、銀、鉑等貴重金屬，從1588年使用黃金修復顎骨到20世紀90年代以后，科學家借助于生物技術和基因工程的發展，由無生物存活性材料擴展到具有生物學功能的材料領域，生物醫用材料的應用和發展經歷了漫長的時期。近年來，隨著社會經濟的發展和科學技術的突飛猛進的飛躍，人們的目光開始投向精、新、前沿技術上。

我國解放軍軍事醫學科學院野戰輸血研究所、全軍干細胞與再生醫學重點實驗室裴雪濤團隊歷經10年急智公關，建立“人工血液”制備工藝，并通過干細胞技術，成功制備出“人工紅細胞”。經軍地衛生和藥監權威機構檢測，該“人工紅細胞”與正常紅細胞的血紅蛋白含量、攜氧能力和滲透脆性等各項指標基本一致，是干細胞來源、體外制備最接近臨床應用的生物科技成果，擴增率可達10萬倍以上，明顯優于以往技術水平，為規模化生產奠定了重要基礎，使中國干細胞制備“人工血液”的研發水平進入國際一流行列。該團隊下一步將致力于規模化制備紅細胞，與特定功能血漿復合，形成具有完整生理功能的新型“人工血液”。

圖. 人造血液制造原理圖

在3D打印技術方面，突破性的進展還是比較多的。2015年12月份中國科學院上海硅鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領的研究小組首次提出將骨組織工程與光熱治療相結合的思想，在制備用于治療與修復骨腫瘤缺損的光熱功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新進展。該研究通過3D打印技術制備出生物陶瓷與氧化石墨烯復合支架，在超低功率近紅外光下可使支架溫度迅速升高，且其光熱性能可控。在體外骨腫瘤細胞殺傷率達到90%，另外，該研究小組通過三年的探索，成功解決了傳統3D打印生物陶瓷支架大孔尺度與大孔結構可控性不高的問題，相關研究工作得到了中組部青年千人計劃、科技部“863”計劃以及所創重點項目支持；此外，近日湖南省腫瘤醫院肝膽腸外科利用3D打印技術，設計了3D模型引導下的肝切除導板—3D打印肝截板，僅用兩個小時，就完美地切除了肝臟上乒乓球大小的腫瘤，出血量僅100ml，成功破解兩難謎題。目前3D打印肝截板技術已成功申請專利。這在肝臟疾病上的治療又是一個大的突破。

在國際上，醫用材料相關技術進展和突破更是層出不窮，近期在Science上發布的一篇文章提到鎂形狀記憶合金的發現（Science  DOI:10.1126/science.aaf6524），高硬度生物相容性金屬間化合物β-Ti3Au（Science Advances  DOI: 10.1126/sciadv.1600319），人造肌肉新材料，日本北海道大學開發的基于三嵌段共聚物的超高強度水凝膠以及德國科學家Minev博士正在研究的針對阿爾茨海默病和帕金森等疾病的大腦3D打印電子植入物等研究，都暗示了醫用材料和人體植入技術潛在的巨大的學術和市場價值。

雖然新技術和前沿研究正在取得重大的進展，但是由于技術及其他原因，傳統材料至少仍將是未來20-30年內生物醫學工程產業的基礎和臨床應用的重要材料。傳統生物醫用材料性能和生物相容性的改進和提高，亦是當代生物醫用材料發展的另一個重點。生物醫用材料和人體植入醫療器械科學和產業將發生革命性的變化，一個為再生醫學提供可誘導組織或器官再生或重建的生物醫用材料和植入器械新產業將成為生物醫用材料產業的主體。(蔣子坤)

由生物谷舉辦的“2016植入修復技術與醫用新材料產業峰會”將邀請國內前沿技術高端領域專家和擁有新技術的海歸，實現新技術新項目的展示和對接，敬請期待！

會議官網：http://www.bioon.com/z/2016MEDNM/Index.shtml